《地理信息系统》课程大纲
9 q+ e, E( W, H0 b) M5 n一、课程概述
" F* `* A: e6 j3 q课程名称（中文）：地理信息系统! Y# g3 w( v5 G( o
（英文）：geographical information system
- x' o; Y$ @" q7 a. Z课程编号：19371087 D6 u3 w$ u( L( V- P
课程学分：2
; u, O! e/ [* d3 r/ k课程总学时：32' m5 @. w5 u2 w! q% h
课程性质：专业选修课
; t6 K. i4 Y/ H# {* c( G8 e二、课程内容简介（300字以内）
/ S) D" a9 T7 C# v地理信息系统是集计算机科学、地理科学、测绘学、遥感学环境科学、信息科学、管理科学等学科为一体的新型边缘学科。它从20世纪60年代问世，至今已跨越了50多个春秋，现已广泛用于资源、环境、交通、城市、农业、林业、海洋、军事等领域。本课程的主要内容是介绍地理信息系统的基本概念、原理、基本组成，地理信息系统的结构与功能，空间数据结构的类型、数据的处理方法与空间分析以及在林业和相关专业中的基本应用等。4 } D8 M1 |; n4 S* X3 k7 |: t0 `
三、教学目标与要求
' W {, m& D& W7 l' J5 \' `7 d p《地理信息系统》课程是园林专业方向的专业选修课，本教学大纲适用于园林专业本科生教学。- l0 A. L3 Y, T: [- o4 y
通过本课程的学习，使学生了解地理信息系统的产生背景、功能、应用领域及发展方向；掌握GIS的基本概念、GIS的基本功能、GIS 的数据结构、GIS数据的采集与处理方法、GIS空间分析的原理与方法、GIS产品等知识点；懂得如何利用GIS去解决实际问题的思路。 A4 [2 ^* c6 P0 n# y9 R. k
在学完本课程后，学生应对GIS有一个较全面的了解，提高利用GIS解决相关专业实际问题的能力。& [9 w1 b/ f% t5 l! ?) Z
四、教学内容与学时安排: _) h. b& q: w9 _& d- O
第一章导论（4学时）+ r' m( h5 H( g& i" U3 W
1. 教学目的与要求：了解什么是地理信息系统？地理信息系统有哪些内容构成？地理信息系统能做什么？) X4 P' ?5 T' M* m2 V
2. 教学重点与难点：重点掌握地理信息系统的概念、地理信息系统的基本构成基本功能和应用功能；难点是区别数据与信息的概念及关系、地理信息系统与其他管理系统的区别。
5 {! n9 A8 k7 P第一节、地理信息系统基本概念（1学时）1 p9 Y3 @, N% K* x. n! B8 t# c
一、数据与信息
D; B/ N, G" `0 W8 m二、地理信息与地理信息系统
/ e; g C$ F, ~5 r3 Z. t3 ~第二节、地理信息系统的基本构成（1学时）
; L( J8 F& H$ R- R& z一、系统硬件
6 }1 e0 K$ R7 s: {; Z二、系统软件- D0 f& C0 l6 ~. l2 c
三、空间数据1 U0 U p" I; g$ F/ C
四、应用人员$ g" i4 D8 f2 j) w2 \! Z2 S9 y7 n
五、应用模型' l( B; Y/ o+ s$ o) F
第三节、地理信息系统的功能简介（1学时）
: \- e$ M( c: ^, Y; I# a一、基本功能
" q, [4 B" ?! u+ \二、应用功能
8 ?( ?) w- k0 m6 u1 f第四节、地理信息系统的发展概况（1学时）
7 C9 B; q9 A- ~+ G# t一、发展概况5 q; x8 B+ U" `$ Y6 Z) g, ]& F
二、基础理论
9 @+ M1 ^1 S& Y7 ^+ o6 ~+ R; ]9 [第二章地理信息系统的数据结构（6学时）$ @5 L9 N0 b" N) H, O5 F) j
1. 教学目的与要求：通过本章内容的学习，让学生了解地理信息系统的核心是空间数据，掌握空间数据的来源、空间数据的分类、空间数据结构的类型。7 ]! Q! a! Q7 {- _8 U
2. 教学重点与难点：重点掌握地理空间的概念和空间实体的表达方式，GIS空间数据的分类、基本特征，空间数据的拓扑关系，空间数据的类型（矢量数据结构、栅格数据结构、曲面数据结构）与编码，空间数据的分类与编码；难点是区分不同的空间拓扑关系、矢量数据结构和栅格数据结构的编码方法。- |$ c: e( n& I" z
第一节、地理空间及其表达（1学时）6 J. n: b9 X7 m# H/ ?
一、地理空间的概念) a: p# A @8 K5 I% C
二、空间实体的表达
' S9 I9 B4 i5 R第二节、地理空间数据及其特征（2学时）* @2 ? n/ P+ Z3 e' r
一、GIS空间数据的分类' {: J$ k7 H" k! k
二、空间数据的基本特征9 B) Q* e5 ^$ p. t1 L
三、空间数据的拓扑关系: V! g6 d' ~; L# _
四、空间数据的计算机表示 F2 o4 ?$ W# m0 ]6 f' u
第三节、空间数据结构的类型（2学时）* ?! O9 p4 [) }+ d5 _0 F. {
一、矢量数据结构
' q* i! ~1 c5 C$ Z+ }二、栅格数据结构; l1 j; v" d6 D: k- s5 b
三、曲面数据结构
: r% |0 O! B6 j0 y第四节、空间数据结构的建立（1学时）
& h8 [" t9 h8 n9 H: g一、系统功能与数据源间的关系
8 q: ]3 G L! i3 l. S3 f5 x4 V二、空间数据的分类与编码
" P' f9 [* ~7 C% I4 f+ Y: M三、矢量数据的输入与编辑
: D. `' ?+ b/ U! W四、栅格数据的输入, I. Q$ u0 w8 H c& R
五、曲面数据的输入* H1 o4 w/ ]! g8 C' a# j' z
第三章空间数据处理（6学时）
% l1 a# x" s; x2 [6 A& j1. 教学目的与要求：通过本章的学习，让学生了解空间数据的处理过程。/ Z( I9 e1 @) ^
2. 教学重点与难点：重点掌握几何纠正的原理、地图投影的方法，矢量和栅格数据的相互转换方法，空间拓扑关系的多种编辑方式，数据压缩的意义，难点是几何纠正的方法、空间拓扑关系的编辑。
9 F( H4 Y) k3 \+ g% {8 q% d) ?第一节、空间数据的变换（1学时）
' ]' c: g; v5 f9 `一、几何纠正: q# s* S3 m* Z1 {+ @
二、地图投影及其变换
/ `8 i* X$ t7 O: Z/ w第二节、空间数据结构的转换（1学时）# N- z6 s# Z+ J/ Z
一、由矢量向栅格的转换( [5 m, a: w- q
二、由栅格向矢量的转换. B/ W S# S1 @2 z. M' C
第三节、多元空间数据的融合（1学时）
& A0 l2 {, ^3 G2 a: D1 x7 X一、遥感与GIS数据的融合( P8 ~2 p# E# Y" j5 {
二、不同格式数据的融合. j ?* Q+ g- w% b
第四节、空间数据的压缩与重分类（1学时）
! R& F s0 c- w+ A4 b0 Z1 h一、空间数据的压缩: M7 t; g" N h
二、空间数据的重分类
2 s4 O2 F2 V l$ u. g2 ?% t6 I- D1 |" Q第五节、空间数据的内插方法（1学时）
: V) t- a! T/ G K, U一、点的内插, O) R: L/ O9 q$ Y, p
二、区域的内插
3 s4 H# M* n. [$ m, ]# ^& _/ y第六节、空间拓扑关系的编辑（1学时）/ f$ W6 V$ Y/ `' x" l
一、多边形连接编辑
: [4 f' _* R& J二、节点连接编辑
$ v7 i: t0 g1 [2 C1 l& \第四章地理信息系统空间数据库（4学时）
0 ] @! I$ \" s1. 教学目的与要求：通过本章内容的学习，让学生掌握地理信息系统空间数据库的建立过程。
8 b8 ~$ q$ c5 D$ Z7 m! c# X2. 教学重点与难点：重点掌握空间数据库的概念，空间数据库设计的过程、步骤，空间索引方法，空间元数据，时空一体化数据模
, E6 }. `! s. s* a1 s 型的类型；难点是空间数据库建立的方法。
- A- x$ e u, [2 p第一节、空间数据库概述（0.5学时）
9 z9 q! K/ ~) Y+ t一、空间数据库的概念4 A7 B# S2 |, m5 Z: }* F
二、空间数据库的设计2 ~$ @- N, A1 S% j. E2 v" U
第二节、空间数据库概念模型设计（0.5学时）
" J# j' o& P5 `; g9 k0 r" M' N一、语义数据模型! C- M. k/ R- d& ]
二、面向对象的数据模型
' M4 {! ?( V( P5 z8 J1 p7 ?第三节、空间数据库逻辑模型设计（0.5学时）/ M/ Z1 }5 ?# d8 B, U. c
一、关系数据模型) ] E: K' P! \ Q; d2 G8 T2 o- E
二、逻辑模型设计
- g7 @3 a* J' q5 y4 a y, R" D第四节、空间数据库的物理设计（0.5学时）
2 h3 _; t2 l) o% p* M) y& c5 Z一、空间数据库的物理设计概念. Z$ ]8 `, N. v
二、空间数据库的物理设计步骤
1 C: w* H4 l/ L第五节、空间数据查询（0.5学时）+ G6 v2 g+ i) B* f6 m; E; l
一、空间关系查询类型
+ M: K# N M: S2 O# O+ K: }二、属性数据查询# j. Y4 k+ \/ z E
三、空间属性联合查询
% t7 \1 j2 l: |0 _: f6 n. m四、空间查询语言/ q1 v% p _) G& A" o/ H- w& X& U
第六节、空间数据库索引（0.5学时）
% I" b0 Y r# g5 ?. B( |8 ]一、范围索引
3 G f3 u4 n- t' V; \二、格网空间索引
) x$ A5 }7 i8 j三、四叉树空间索引
0 K9 e* Z/ |/ q" K+ `( n第七节、空间元数据（0.5学时）
9 w$ Y+ {8 N, ?, T0 {一、元数据及其作用
. m8 F1 q, i) w. }8 x0 C1 k二、元数据实例2 i8 H S" m+ N2 f' R
第八节、空间数据库引擎
' T3 v: b3 q; ]5 C, m% m3 J) H 一、空间数据库引擎概述
' Z. J0 i8 C5 _" A8 `二、空间数据库引擎的工作原理2 w4 I" ?1 \8 D" d4 \
第九节、空间时态数据库（0.5学时）
/ \: G# R4 R9 o一、空间时态数据库概述, J/ o( T; q3 A# L$ t
二、时空一体化数据模型( P2 o- p7 i" {7 z: r7 k
第五章空间分析的原理与方法（6学时）
* S5 I% a) k' K" v' p: E1. 教学目的与要求：通过本章内容的学习，让学生掌握空间分析的原理和应用。
, Z o. ` \! {2. 教学重点与难点：重点掌握空间分析的定义、类型，DEM、DTM及相，空间叠合分析概念及方法，空间邻近度分析的类型及方法，空间网络分析的定义与算法；难点是DEM的建立及分析。
: E% p+ g4 I* K# k/ I& c第一节、数字地形模型分析（1.5学时）: I0 O/ i# P1 u6 m9 [
一、地形因子的计算/ n; {( i) B0 i: `# f
二、地形剖面线计算( o% t, |0 n1 r, g
三、DEM的通视分析' w P, W% W. B0 B
第二节、空间叠合分析（1.5学时）
3 Z; {& B! v1 S& [. u一、空间叠合分析的概念! y, q' `8 R. }3 `1 m E6 {
二、基于矢量数据的叠合分析 \7 z. q9 B* g. U+ E
三、基于栅格数据的叠合分析
' k: Y3 I: g/ r& F, [8 F* d$ T/ U& w第三节、空间邻近度分析（1.5学时）
* P: H+ z7 W, Q/ [: Y; J$ `一、空间缓冲区分析
4 @/ b5 _, M2 }, j1 `3 b" z二、V oronoi多边形分析3 J9 e" O8 u3 c
第四节、空间网络分析（1.5学时）- g6 s+ L# e. F+ L3 Y" W$ D
一、网络图论的基本概念
1 G* v4 V% h) L二、计算最短路径的Dijkstra算法
0 Y5 A9 d% k" D) _& D/ ~- J! S第六章地理信息系统的应用模型（2学时）& `4 B1 X2 z3 o3 N% i# O# ]
1. 教学目的与要求：通过本章内容的学习，让学生掌握各种地理信息系统模型的应用方法。5 A: h Y- L$ X5 |
2. 教学重点与难点：重点掌握GIS应用模型的分类，应用模型的构建步骤，各种模型的分析，难点是各种应用模型的构建。' C4 ^+ Y d: B( {2 k. P
第一节、GIS应用模型概述（0.5学时）
# j& v8 p; t" \7 W6 i6 J一、GIS应用模型的分类3 y$ T. M. J$ [) L+ {4 G( {. n, M
二、GIS应用模型的构建8 k) _/ \0 Z; w5 y
第二节、土地定级估价模型（0.5学时）, H8 I4 r% [1 j& ?2 u
一、技术路线
% Y! l5 R" c& }1 g二、土地定级估价模型! e# B$ d% T" ?- Z
三、应用实例
0 E4 G; w \$ b; r1 I第三节、适宜性分析模型（0.5学时）
/ y6 u6 M* I0 H2 M一、一般形式
3 v: R( q- s+ x2 x5 B2 k二、应用实例
1 M" Q0 b- K% t3 l9 U1 |# B第四节、发展预测模型 s+ ]# ^0 @# d) `% X. S8 x
一、一般介绍
# B& N) _3 _! a) B# }0 b二、应用实例
" z! z# \1 b" y( r第五节、区位选择模型（0.5学时）% |4 T7 E. Y8 G& T Q$ K1 v4 b, w
一、数据准备阶段
, T1 R! w% @0 v, ~, u1 m4 B2 A, U二、综合影响评价阶段3 l% w& w _+ W7 ]& C6 @' ^
第六节、交通规划模型8 v* Y& D" _* R3 N5 a$ H9 x% N
一、交通发生量预测模型
( N; `. m D: f! Y! h! b二、出行分布预测模型
; V' V$ k- l+ N5 |) Z* E `: r" q第七节、地球科学模拟模型
' z5 ^% v5 _4 E9 |& V一、确定土壤侵蚀的数值分析模型$ C2 o$ \6 D: |
二、设计土壤侵蚀数据处理流程
& G) [2 [0 t9 U" c 三、土壤侵蚀图的输出- V' f8 C& I3 Z, Q) b% S' V
第七章地理信息系统的设计与评价（2学时）4 k6 @3 j5 Q0 c3 V* @2 ]
1. 教学目的与要求：通过本章内容的学习，让学生掌握地理信息系统的设计和评价。, O/ X0 B* Z' K2 k Z4 I
2. 教学重点与难点：重点掌握应用型GIS的设计内容，地理信息标准化的内容，地理信息系统的评价内容，难点是应用型GIS的设计内容。( R# G1 V1 A1 h. q9 s9 _$ i( {
第一节、应用型GIS设计概述（0.5学时）, }& O5 G" k% Z$ G; H/ n$ N
一、系统设计的目的
, P. @' X9 ~( e二、系统设计的模式* H0 c: J# f. U* A; B
三、系统设计的流程
# d ?) b3 g3 w7 u5 w: N第二节、地理信息系统的设计（0.5学时）
' T: W" N( F) s& ]3 z6 ^/ |' p一、系统分析4 J, |4 Z1 n9 Y" T
二、系统设计. N( M: p% E/ L- S, E& d5 \! Z
三、系统实施
& o, X) x7 `; D/ @& y! e第三节、地理信息的标准化（0.5学时）
: k9 z' S: ^ U& m( S: L7 y一、地理信息标准化的内容, I5 j7 i% D' v7 z3 G
二、地理信息标准化的制定% K) K; {' C) D( l
第四节、地理信息系统的评价（0.5学时）
5 I8 k+ k x) n$ Z3 g: I: u第八章地理信息系统产品的输出设计（2学时）6 F& v% N7 Z x' y5 G
1. 教学目的与要求：通过本章内容的学习，让学生掌握地理信息系统产品的表现形式。" e! g# B; l; {$ Y
2. 教学重点与难点：重点掌握地理信息系统产品的分类内容。
% j+ W' P$ x0 X' W5 \第一节、地理信息系统产品的输出形式（1学时）
. ^ f3 H/ m v" R一、地理信息系统产品及其类型
$ h1 |$ l0 N; R3 I" I K3 T0 d二、网络地图和数字地球
; b9 K' k2 [: S 第二节、地理信息系统图形输出系统设计（0.5学时）9 ]; k% P2 k0 X1 a# Z* R
一、图形坐标系与颜色模型0 _* k# t& j- a# O- c0 m
二、输出的几何变换
. W' D5 `. L+ g" X: B三、地形图与专题地图的输出组织形式
% a5 x8 i! }; l. Z第三节、地理信息系统的可视化与虚拟现实（0.5学时）6 a% j- Y' f+ I1 B+ [
一、三维空间制图模型( H! |4 [8 H% C* P$ ~$ D
二、数字高程模型的构造
% v. z% x9 Q! W0 K/ p2 G三、虚拟现实的设计与实现
( ]$ n g9 {1 }5 @五、考核方式与成绩评定8 s1 _( Z" h( E" s5 {
理论课成绩（70%）与平时成绩（30%）( Y# d# Q1 S/ \( S9 Q* d
六、教材及主要参考资料# P7 I$ _+ c e" H2 l! {0 {: V
教材：
- O2 z/ F6 i5 z. y! w' l! q2 Q黄杏元马劲松。《地理信息系统概论》。北京：高等教育出版社，2011 参考资料:' |2 Z5 l# Y4 W& f6 J0 V" F/ }
1、邬伦等。《地理信息系统原理、方法和应用》。北京: 科学出版社，20010 k& d& \' {$ ]5 I' s3 o" Y a- J' B
2、陈建飞。《地理信息系统导论》。北京：清华大学出版社，2009, M' J4 q& r) _/ y- l& j0 Z
3、吴信才等。《地理信息系统原理与方法》（第2版）。北京：电子工业出版社，2009 |
